อบแห้งมะม่วงอินทรีย์

แหล่งผลิตมะม่วงอบแห้งทื่สำคัญคือประเทศในอาเซียนซึ่งส่วนใหญ่ใช้ซัลไฟท์หรือน้ำตาลเพื่อรักษาความสวย และสี ของผิว บูกินาฟาโซซึ่งเป็นประเทศในแอฟริกาตะวันตกจะผลิตมะม่วงอบแห้งเป็นสินค้าอินทรีย์เพื่อให้มีราคาสูงกว่า ซึ่งจะถูกควบคุมและรับรองตั้งแต่การปลูกไปจนถึงกระบวนการผลิตและอุปกรณ์การผลิตโดยหน่วยงานสากลได้แก่ Eco-cert© ในบูกินาฟาโซเริ่มเก็บมะม่วงในเดือนมิถุนายน ส่วนในไทยมีมะม่วงในช่วงเดือนมีนาคม-เมษายน

ข้อมูลของมะม่วงในบทความนี้เป็นข้อมูลของการอบแห้งมะม่วงในบูกินาฟาโซ ซึ่งสามารถนำมาใช้ในการคำนวณออกแบบตู้อบแห้ง และวิธีการอบแห้งชิ้นมะม่วงให้ได้คุณภาพเพื่อให้เป็นสินค้าอินทรีย์ หวังว่าจะเป็นประโยชน์สำหรับการอบแห้งชิ้นมะม่วงในประเทศเรา

รูปที่ 1. ชิ้นมะม่วงฝานก่อนการอบฯ (ซ้าย) และหลังจากการอบฯ (ขวา) เมื่อทดสอบการอบแห้ง

มะม่วงจะถูกล้างก่อนเข้าพื้นที่ผลิตที่ซึ่งจะปอกเปลือกและฝานเป็นชิ้นหนาประมาณ 1 ซม. แล้ววางเรียงในถาดสำหรับอบแห้งซึ่งประกอบด้วยตะข่ายไนล่อนวางบนตะแกรงโลหะในกรอบไม้ ขนาดของถาดประมาณ 0.75 ม. x 1.0 ม. ตามรูปที่ 2. แล้วจึงใส่เข้าตู้อบฯในรูปที่ 3.ซ้าย ซึ่งมีลักษณะเป็นตู้แฝด.ขนาดแต่ละด้านโดยประมาณ กว้าง x สูง 0.75 ม. x 2.5 ม. ตามรูปมีที่ 3.ซ้าย ตู้อบฯ 4 ชุด 8 ด้าน ด้านหนึ่งมี 20 ถาด เมื่ออบแห้งเสร็จจะเอาออกจากตู้อบฯ ปล่อยให้เย็น ตรวจสอบ และบรรจุในถุงพลาสติก LDPE(low density polyethylene) ซีลด้วยความร้อนและติดฉลากเพื่อจัดส่งต่อไป

รูปที่ 2. เรียงชิ้นมะม่วงที่ฝานวางเรียงบนถาด

ตู้อบฯแต่ละด้านแบ่งเป็น 5 ช่อง แต่ละช่องมี 4 ถาด ตามรูปที่ 3.ขวา (ในรูปไม่แสดงจำนวนถาดตามจริง) ลมร้อนเข้าตู้อบฯที่ช่อง A ล่างสุดผ่านถาดมาที่ปลายอีกด้านแล้วจึงเข้าส่วน B ถัดขึ้นไปเพื่อผ่านถาดต่อไปที่ส่วน C, D, และ E ตามลำดับแล้วจึงทิ้งออกนอกตู้อบฯ

รูปที่ 3. ตู้อบแห้งขนาดเล็กเป็นตู้อบแฝดทั้งสิ้น 4 ขุด แต่ละด้านของตู้อบฯมีลักษณะการทำงานตามรูปด้านขวา

หลักการอบแห้ง

            คุณสมบัติต่างๆที่ใช้อธิบายหลักการอบแห้งได้แก่ ความชื้นสมดุล EMC (Equilibrium Moisture Content), อัตราส่วนความชื้น MR (Moisture Ratio), ความชื้นวิกฤติ Xc (Critical Moisture Content), และ aw (Water activity)

              EMC คือค่าความชื้นในวัตถุดิบที่สมดุลกับอุณหภูมิและความชื้นสัมพัทธ์ของอากาศโดยรอบ วัตถุดิบสามารถถ่ายเทความชื้นกับอากาศโดยรอบได้ แต่ที่จุดสมดุลวัตถุดิบจะไม่ถ่ายเทความชื้นกับอากาศอีก เมื่อกำหนดค่าความชื้นในผลผลิตที่ต้องการ สามารถหาค่าอุณหภูมิและความชื้นสัมพัทธ์ของอากาศที่ใช้อบแห้งจากข้อมูลของ EMC ได้

              MR คืออัตราส่วนของความชื้นที่ต้องดึงออกจากวัตถุดิบต่อความชื้นที่ดึงออกได้สูงสุดที่สภาวะอากาศที่กำหนด สามารถคำนวณค่า  MR ได้ด้วยสมการต่อไปนี้

MR         =(M-EMC) / (Mo-EMC) ……………………………………………………………………………………….   (1.)

เมื่อ M  คือความชื้นของวัตถุดิบที่อบตามระยะเวลาที่ต้องการ

       Mo คือความชื้นของวัตถุดิบเมื่อเริ่มอบ

               Xc คือค่าความชื้นในวัตถุดิบเมื่ออัตราการถ่ายเทความชื้นเริ่มลดลงจากเมื่อเริ่มอบแห้งอัตราการถ่ายเทความชื้นจากวัตถุดิบจะมีค่าคงที่ตลอดเวลา หลังจากค่าความชื้นวิกฤติอัตราการถ่ายเทความชื้นจากวัตถุดิบจะลดลงตามเวลา Xcเป็นค่าที่ได้จากการทดลอง

              aw คืออัตราส่วนความดันไอน้ำที่ผิววัตถุดิบต่อความดันไอน้ำที่อุณหภูมิผิว น้ำภายในเนื้อเป็นสารละลายเมื่อถ่ายเทมาที่ผิว จึงมีความดันไอจากสารละลายน้อยกว่าน้ำบริสุทธิที่อุณหภูมิเดียวกัน อากาศที่ใช้อบฯจะต้องมีความดันไอต่ำกว่าความดันไอน้ำที่ผิวผลไม้เพื่อรับไอน้ำจากผิว สำหรับผลไม้รวมถึงมะม่วงการอบฯต้องควบคุมค่า aw<0.6 เพื่อน้ำในสารละลายที่ผิวกลายเป็นไอได้พอดีควบคุมใม่ให้จุลชีพเจริญเติบโต ถ้า aw>>0.6 แสดงว่าความชื้นที่ผิวมะม่วงสูงเป็นอาหารของจุลชีพทำให้เจริญเติบโตและทำลายผลไม้ ถ้า aw<<0.6 แสดงว่าที่ผิวแห้งจะทำให้ผิวแข็งและคล้ำ ในการเก็บรักษาก็เช่นเดียวกันต้องรักษาค่า aw<0.6  สำหรับมะม่วงที่มี aw 0.6 มีความชื้นประมาณ 15% db  

ข้อมูลที่สำคัญของมะม่วง

            มะม่วงในบูกินาฟาโซมีขนาดประมาณ  ยาว125 มม. กว้าง 75 มม.มีเมล็ดแบน มีความชื้น 82% มีส่วนประกอบทางเคมีของมะม่วงตามตารางที่ 1.

ตารางที่ 1. ส่วนประกอบทางเคมีของผลไม้หลายชนิดรวมทั้งมะม่วง (%d.b.)

ค่า EHC ของมะม่วงเปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมืและความชื้นสัมพัทธ์ของอากาศโดยรอบซึ่งเป็นตัวเร่งให้สารละลายถ่ายเทออกมาที่ผิวและน้ำในสารละลายกลายเป็นไอน้ำทำให้ aw มีค่าต่างกันตามรูปที่ 4. (ไม่แสดงค่าความชื้นสัมพัทธ์) การอบฯและการเก็บรักษาจะต้องควบคุม aw<0.6 เพื่อไม่ให้จุลชีพเจริญเติบโต สำหรับมะม่วงที่มี aw 0.6 มีค่า EHC ประมาณ 15% db 

รูปที่ 4. ความสัมพันธ์ของ EHC และ aw ของมะม่วงที่อุณหภูมิอากาศที่ใช้อบฯต่างกัน

อัตราการถ่ายเทความชื้นจากชิ้นมะม่วงฝานที่สภาพอากาศที่ใช้ในการอบฯต่างๆกันในช่วง 2.5 ชั่วโมงแรกของการอบฯตามตารางที่ 2. เมื่อความเร็วลมและอุณหภูมิอากาศสูงขึ้นการถ่ายเทความชื้นจะมากขึ้น อัตราการถ่ายเทความชื้นนี้ใช้คำนวณเลือกอัตราการจ่ายความร้อนให้อากาศสำหรับการอบฯได้ เนื่องจากการอบตามรูปที่ 3. เป็นตู้อบลมร้อนซึ่งควบคุมความชื้นสัมพัทธ์ของอากาศเข้าตู้ไม่ได้ สภาพอากาศที่ใช้อบจึงไม่ระบุเรื่องความชื้นสัมพัทธ์ของอากาศ

ตารางที่ 2. อัตราการถ่ายเทความชื้นของมะม่วงฝานที่สภาพอากาศที่ใช้ในการอบฯต่างๆกัน

จากสมการที่ 1. และรูปที่ 5. จะเห็นว่าระยะเวลาการอบฯมะม่วงเพื่อลดความชื้นลงมาที่ EMC ที่อุณหภูมิ 50 C ต้องใช้เวลามากกว่า 18.5 ชม. เนื่องจากเส้นการอบฯไม่ตัดเส้นเวลา (MR>0) การอบฯด้วยความเร็วลม 0.5 ม./วินาที เร็วกว่าและแห้งกว่าความเร็วลม 0.2 ม./วินาที สังเกตุจากเส้นการอบฯ0.5 ม./วินาที อยู่ใต้เส้นการอบฯ0.2 ม./วินาทีตามรูปที่ 5.

จากรูปที่ 6. เมื่อใช้อากาศเพื่ออบฯที่มีอุญหภูมิสูงขึ้นค่า EMC จะลดลงทำให้แห้งเร็วกว่าและแห้งกว่าเมื่อความเร็วลมเท่ากัน สังเกตุจากเส้นการอบฯอุณหภูมิสูงกว่าจะอยู่ต่ำกว่าตามรูป ที่ความชื้นของผลผลิตที่ต้องการจึงใช้เวลาการอบฯน้อยกว่า การลดความชื้นของอากาศมีผลทำให้ค่า EMC ลดลงเช่นเดียวกันจึงทำให้ระยะเวลาการอบฯที่ความชื้นที่ต้องการ (ซึ่งสูงกว่าค่า EMC) เร็วขึ้น แต่ยังไม่มีข้อมูลของการอบฯโดยตรงของการลดความชื้น

รูปที่ 5. ความสัมพันธ์อัตราส่วนความชื้น MR กับระยะเวลาการอบฯ เมื่อส่งอากาศ 50 C ความเร็วลม 0.2 และ 0.5 ม/วินาทั

รูปที่ 6. ความสัมพันธ์อัตราส่วนความชื้น MR กับระยะเวลาการอบฯ เมื่อส่งอากาศอุณหภูมิต่างๆความเร็วลม 0.5 ม/วินาทั

ปัญหาของการอบแห้งมะม่วง

เนื่องจากมะม่วงเป็นผลไม้ตามฤดูกาล เพื่อควบคุมราคาของมะม่วงสดจำเป็นต้องลดปริมาณมะม่วงสดในตลาดด้วยการแปรรูปเป็นสินค้าอื่นๆ ซึ่งการอบแห้งก็เป็นวิธีหนึ่งที่ช่วยลดปริมาณของมะม่วงสดและทำให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่มีราคาสูงขึ้น จำเป็นต้องลงทุนตู้อบฯที่มีขนาดและจำนวนมากพอเพื่อให้สามารถอบฯได้ทันฤดูกาล เพื่อให้สามารถใช้ตู้อบฯได้คุ้มค่าการลงทุนจึงต้องอบฯผลไม้อื่นอย่างต่อเนื่องให้มีผลตอบแทนจากการอบฯมากขึ้น

ตลาดสินค้าอินทรัย์มีความต้องการมากขึ้นและมีราคาสูงขึ้น การอบฯโดยทั่วไปใช้สารซัลไฟท์ น้ำตาลหรือสารเคมีอื่นๆเพื่อรสชาติ ยืดอายุการเก็บรักษาและลักษณะทางกายภาพ รวมถึงป้องกันการเปลี่ยนสี (enzymic browning) แต่สินค้าอินทรีย์ต้องใช้การอบฯโดยธรรมชาติเท่านั้นจะใช้สารเคมีอื่นๆไม่ได้

การอบฯเพื่อยืดอายุการเก็บรักษาและลักษณะทางกายภาพ รวมถึงป้องกันการเปลี่ยนสีจะต้องควบคุมสภาวะการอบฯรวมถึงการเก็บรักษาให้ผิวมี aw<0.6 ตามรูปที่ 5. อุณหภูมิที่ใช้อบฯ 50-60 C ซึ่งจะใช้เวลาอบฯประมาณ 12-18 ชม. แต่ถ้าใช้อุณหภูมิ 80 C เมื่อเริ่มอบฯสามารถป้องกันการเปลี่ยนสีได้ ซึ่งตามปกติอุณหภูมิสูงจะทำให้ผิวแห้งและแข็งแต่ที่อุณหภูมินี้จะทำให้น้ำตาลในสารละลายที่ถ่ายเทมาใกล้ผิวมะม่วงเปลี่ยนเป็น humectants รักษาความชื้นที่ผิวและควบคุมไม่ให้สารละลายถ่ายเทมาที่ผิวเร็วไปและทำให้จุลชีพไม่เจริญเติบโต แล้วจึงค่อยลดอุณหภูมิลงช้าๆมาที่ 65 C ภายในเวลา 8-12 ชม.

ปัญหาของตู้อบเดิมและการแก้ไข

ตามรูปที่ 3. ลมร้อนถูกส่งเข้าตู้อบฯที่ส่วน ‘A’ ล่างสุดจึงมีอุณหภูมิสูงสุดและความชื้นสัมพัทธ์ต่ำสุด จึงให้ความร้อนและพาความชื้นออกจากมะม่วงได้ดีที่สุด มีการกระจายลมได้สม่ำเสมอที่สุด หลังจากให้ความร้อนและรับความชื้นอากาศที่ออกจากถาดบะมีอุณหภูมิลดลงและความชื้นสัมพัทธ์สูงขึ้น มะม่วงในถาด ‘A’ จะถ่ายเทไอน้ำให้อากาศจนใกล้ EMC จากนั้นมะม่วงในถาดจะถ่ายเทไอน้ำน้อย อากาศที่ออกจากส่วน ‘A’ ก็จะมีอุณหภูมิและความชื้นสัมพัทธ์ใกล้กับเมื่อจ่ายเข้าตู้อบฯ ส่วน ‘B’ ถัดขึ้นไปจึงเริ่มต้นจากอากาศเข้ามีอุณหภูมิลดลงและความชื้นสูงขึ้น และในตอนท้ายของการอบอากาศจะมีอุณหภูมิและความชื้นใกล้เคียงกับอากาศเข้าตู้อบฯ ต่อเนื่องในลักษณะเดียวกันไปที่ส่วน ‘C’, ‘D’, และ ‘E’ และเมื่อไหลเข้าแต่ละส่วนด้านบน การกระจายลมผ่านถาดบนจะมากกว่าถาดล่างเนื่องจากความเฉื่อยของการไหลของอากาศและเนึ่องจากไม่มีแผ่นบังคับทิศทางลม

จากลักษณะการทำงานข้างต้นทำให้การอบฯต้องใช้เวลามากเนื่องจากมะม่วงจะแห้งตามลำดับจากส่วน ‘A’ ขึ้นไปทีละส่วนจนสุดท้ายที่ส่วน ‘E’ และมะม่วงในส่วน ‘A’ อาจแห้งเกินไป มีผิวไม่สวยมีสีคล้ำเนื่องจากสัมผัสอากาศร้อนและความชื้นสัมพัทธ์ต่ำนานที่สุดผิวจึงมีค่า aw ต่ำ  มะม่วงในส่วน ‘E’อาจไม่แห้งดีเนื่องจากได้รับอากาศร้อนน้อยที่สุด นั่นคือมะม่วงจะมีความชื้นไม่เท่ากันจากส่วนล่างถึงส่วนบนของตู้อบฯ นอกจากนี้ถาดกลางจะแห้งกว่าถาดที่อยู่ขอบและถาดล่างจะไม่แห้งเท่าขอบด้านบนเนื่องจากอากาศไหลไม่เท่ากันในแต่ละส่วน มะม่วงในส่วนบนซึ่งไม่แห้งอาจต้องอบเพิ่ม ส่วนที่คล้ำก็จะไม่ได้ราคาทำให้ประสิทธิภาพการอบต่ำ ต้องคัดแยกผลผลิตเสียค่าแรงเพิ่มมากขึ้น

เพื่อแก้ปัญหาความชื้นของมะม่วงอบฯไม่สม่ำเสมอเนื่องจากการกระจายลมของถาดในส่วนต่างๆ ใช้ใบปรับลมติดตั้งทั้งที่ทางเข้าและทางออกของส่วนของตู้อบฯตามรูปที่ 7. เพื่อให้อากาศผ่านถาดแต่ละชั้นเท่ากัน และเพื่อแก้ปัญหาเรื่องความแห้งไม่สม่ำเสมอของมะม่วงอบฯถาดในส่วน ‘A’ ไปจนถีงส่วน ‘E’ ควรแก้ไขด้วยการพิจารณาเพิ่มอัตราการส่งอากาศหรือเพิ่มมวลของอากาศเพื่อลดอุณหภูมิและความชื้นสัมพัทธ์เปลี่ยนแปลงเนื่องจากการคายความร้อนและรับความชื้นจากมะม่วง การเพิ่มอัตราการส่งอากาศเป็นการเพิ่มความเร็วลมซึ่งจะทำให้การอบฯเร็วขึ้นแต่จะต้องเพิ่มความร้อนให้อากาศเพื่อให้อุณหภูมิเท่าเดิม จึงมีความเป็นไปได้ที่จะลดอุณหภูมิการอบเพื่อให้การใช้พลังงานเท่าเดิม

รูปที่ 7. ติดตั้งใบปรับลมในตู้อบฯเพื่อความสม่ำเสมอของลมผ่านแต่ละถาด

และถ้าใช้ฮีทปั๊มทำความร้อนสำหรับการอบฯสามารถใช้คอยล์เย็นของฮีตปั๊มเพื่อลดความชื้นของอากาศก่อนให้ความร้อนเพิ่มอุญหภูมิด้วยคอยล์ร้อนของฮีตปั๊ม จะได้ความชื้นสัมพัทธ์ของอากาศที่ใช้อบต่ำลงซึ่งจะมีผลช่วยให้ระยะเวลาการอบฯลดลงอีกด้วย เพื่อหาสภาวะอากาศสำหรับการอบแห้งที่ดีที่สุด เพื่อคุณภาพของมะม่วง และเพิ่มประสิทธิภาพการอบฯ จะต้องทดสอบ ตรวจสอบการอบแห้งอย่างระมัดระวัง อุณหภูมิและความชื้นสัมพัทธ์อากาศต้องคงที่และกระจายอย่างสม่ำเสมอทุกถาด

ลักษณะการทำงานของตู้อบฯแบบนี้เมื่อจัดให้อากาศผ่าถาดเท่ากันทั้งหมดแล้วจะช่วยไม่ให้เกิดการเปลี่ยนสีด้วยการควบคุม aw<0.6 แต่ไม่สามารถใช้วิธีการอบฯด้วยอุณหภูมิ 80°C ในขณะเริ่มอบฯเนื่องจากระยะเวลาที่เริ่มอบนั้นอุณหภูมิอากาศจะสูงเฉพาะส่วน ‘A’ เท่านั้น อากาศที่เข้าส่วนอื่นๆจะมีอุณหภูมิลดลงตามลำดับ เมื่อต้องการใช้วิธีเริ่มต้นอบที่อุณหภูมิ 80°C ต้องใช้ตู้อบฯที่มีลักษณะการทำงานตามรูปที่ 7. อากาศร้อนจะเข้าตู้อบฯจากด้านซ้ายและกระจายไปที่ส่วนต่างๆของตู้อบฯเท่ากัน อากาศจะผ่านช่องอากาศผ่านถาดเท่ากันทุกถาดมาออกผ่านช่องอากาศมารวมกันที่ด้านขวาเพื่อออกจากตู้อบ ทำให้สามารถปรับอุณหภูมิอากาศเข้าตู้อบฯได้ตามต้องการ เนื่องจากอากาศผ่านถาดเพียงชุดเดียว อุณหภูมิและความชื้นสัมพัทธ์ไม่เปลี่ยนแปลงมากทำให้การอบฯใช้เวลาใกล้เวลาในรูปที่ 5. และ 6.

ข้อเสียของตู้อบฯตามรูปที่ 7. คือจะต้องใช้อัตราการส่งอากาศมากกว่าตู้อบในรูปที่ 6. ถึง 5 เท่าและต้องใช้ความร้อนเพื่อสร้างอุณหภูมิให้อากาศถึง 5 เท่าด้วย และอากาศที่ออกจากตู้อบฯยังมีอุณหภูมิสูงจึงสิ้นเปลืองพลังงานมากและทำให้ประสิทธิภาพการอบฯต่ำ

รูปที่ 8. ลักษณะการทำงานของตู้อบฯกระจายลม

ส่งท้าย

              ตู้อบฯตามรูปที่ 3. เป็นตู้อบฯที่ส่วนต่างๆรัยงในแนวดิ่ง สำหรับในประเทศเราจะทำตู้อบฯขนาดใหญ่โดยมีส่วนต่างๆวางต่อกันในแนวราบ และใช้ถาดวางบนรถเข็นเข้าต่อกันตามความยาวของตู้อบฯ เมื่ออบฯจึงมีปัญหาเรื่องความชื้นไม่สม่ำเสมอเนื่องจากรถคันแรกจะสัมผัสอุณหภูมิสูงและแห้งตลอดเวลา เพื่อแก้ปัญหานี้จึงสลับทิศทางลมในตู้อบฯเพื่อให้สัมผัสอากาศอุณหภูมิสูงใกล้เคียงกัน

จากประสบการณ์ที่ผ่านมา ผลไม้ในตู้อบฯไม่เคยเสียหายจากจุลชีพในระหว่างการอบแม้ในส่วนปลายสุดที่อากาศผ่านถาดอื่นๆมาแล้วจนมีอุณหภูมิต่ำและความชื้นสัมพัทธ์สูงอาจเป็นเพราะไม่มีความร้อนไล่สารละลายจากเนื้อมาที่ผิวทำให้มีสารละลายมีที่ผิวมีน้อยค่า aw จึงต่ำและความชื้นสัมพัทธ์ถึงจะสูงกว่าส่วนต้นลมแต่ก็ยังสามารถรับไอน้ำจากผิวได้ทำให้ผิวแห้งและจุลชีพยังไม่สามารถเจริญเติบโต

ตู้อบฯที่มีลักษณะการทำงานตามรูปที่ 8. ให้ผลการอบฯที่มีคุณภาพดีใกล้เคียงกันทั้งตู้ และสามารถปรับปรุงการใช้พลังงานของตู้อบฯและเพิ่มประสิทธิภาพการอบฯ ด้วยการใช้ฮีตปั๊มและอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนเพื่อนำความร้อนสูญเสียกลับมาใช้ซึ่งได้อธิบายไว้แล้วในบทความอื่นๆ

เรียบเรียงจาก “Improving the Operation of a Commercial Mango Dryer”, Chapter 6 from Using Food Science and Technology to Improve Nutrition and Promote National Development, Robertson, G.L. & Lupien, J.R. (Eds), © International Union of Food Science & Technology (2008)

Donald G. Mercer PhD Peng:

Department of Food Science University of Guelph, Ontario, Canada E-mail: dmercer@uoguelph.ca

Robert Myhara PhD FIFST CSci:

Norman Paterson School of International Affairs, Carleton University Ontario, Canada

E-mail: Rmyhara@connect.carleton.ca